2015-05-26
1550
Анализ тенденции развития СЭС отечественных и зарубежных самолетов и вертолетов показывает, что основными типами СЭС на ЛА, кроме легкомоторной авиации, в ближайшем будущем по-прежнему останутся системы трёхфазного переменного тока 208/115 В, 400 Гц. Источниками электрической энергии в таких системах будут бесконтактные синхронные генераторы, объединенные в одной конструкции с гидромеханическими приводами постоянной частоты вращения. В отличие от используемых в настоящее время ИПГ новые привод-генераторы будут работать на топливе, используемом в двигателе ЛА. Последние достижения в области электромашиностроения и силовой полупроводниковой электроники делают перспективным создание электромашинных агрегатов для стабилизации частоты переменного тока, а также широкое применение систем ПСПЧ.
Дальнейшее развитие авиационных СЭС будет связано с ростом энергопотребностей борта, обусловленных:
· возможной реализацией концепции самолёта с полностью электрифицированным оборудованием;
· появлением гиперзвуковых и воздушно-космических ЛА с энергоёмким оборудованием (рулевыми приводами, мощными приводами топливных насосов и др.). В таких ЛА в зависимости от скорости полёта привод генераторов может обеспечиваться воздушной турбиной (при работе прямоточного воздушно-реактивного двигателя в диапазоне скоростей М = 6...10) или ВСУ (при работе ракетного двигателя в диапазоне скоростей М = 10...25);
· разработкой новых видов оружия на других физических принципах действия.
Анализ состава потребителей электроэнергии будущих ЛА позволяет сделать вывод о том, что система электроснабжения должна обеспечивать следующие виды напряжения:
- постоянного тока 270 В для питания электроприводных устройств и системы запуска силовой установки;
- переменного тока 200/115 В частотой 400 Гц для питания большей части авиационного и радиоэлектронного оборудования;
- постоянного тока 27 В для энергообеспечения традиционных потребителей, которых целесообразно переводить на питание переменным током или постоянным током повышенного напряжения. При этом для части мощных потребителей (системы отопления, освещения, противообледенительные системы и т.п.) целесообразно использование напряжения переменного тока плавающей частоты.
Наиболее полно в системе 270 В нуждаются электромеханические приводы и электронные системы управления.
В качестве преимуществ СЭС постоянного тока повышенного напряжения над традиционными системами переменного тока отмечают:
- снижение общей массы СЭС на 25 %;
- снижение массы электронных устройств контроля и управления на 40 %;
- улучшение качества электроэнергии (в частности на переходных режимах);
- повышение КПД системы на 15 %;
- исключение перерывов в питании;
- отсутствие ограничений по частоте вращения генератора;
- простоту обеспечения параллельной работы генераторов;
- повышенный уровень безопасности экипажа и обслуживающего персонала.
В качестве альтернативы системе 270 В может рассматриваться система электроснабжения переменного тока плавающей частоты, при этом в качестве преимуществ отмечается возможность использования некондиционной электроэнергии для питания системы противообледенения, отопления, освещения, некоторых бытовых нагрузок и асинхронных электродвигателей для привода насосов.
Варианты структур СЭС перспективных ЛА показаны на рис. 8, а, б, в и г [3].
Предлагается применение СЭС перспективных ЛА высокочастотной (20 кГц) системы распределения с резонансными преобразователями. Среди преимуществ такой системы, разработанной, например, для космической станции Freedom, выделяют хорошую совместимость с характеристиками силовых полупроводниковых коммутационных аппаратов, высокий КПД, минимальную массу фильтров, трансформаторов и т.п.
Обеспечение заданной надежности и безопасности полёта с одновременным разрешением проблемы согласования характеристик источников и приемников электроэнергии перспективных самолетов требует, чтобы их СЭС выполнялись многоканальными с определенной избыточностью мощности, с независимым функционированием
каналов и наличием резервного канала достаточной мощности. При этом должны быть использованы:
· структуры систем генерирования и первичных систем распределения электроэнергии, способных к гибкой реконфигурации;
· цифровые системы управления СЭС с бортовыми микропроцессорами и мультиплексной передачей информации.
В результате такой реализации может быть создан отдельный класс многоканальных авиационных СЭС – адаптивных с цифровой системой управления, в которых эффективно осуществляются:
- функциональное изменение структуры при повреждении (отказах) её элементов путем направленного использования резервных элементов (источников энергии, фидеров);
Рис. 8. Варианты структур систем электроснабжения перспективных ЛА:
а – система ПСПЧ со звеном постоянного тока, б – система ПСПЧ с циклоконвертором, в – система ПСПЧ повышенного напряжения, г - система переменного тока нестабильной частоты
- защита её элементов без выдержки времени;
- управление качеством и распределением электроэнергии;
- встроенная система диагностирования, практически без запаздывания определяющая вид и место неисправности с точностью до элемента;
- контроль за наличием энергоресурсов.
